Frère aîné de l'actrice Emma Hiddleston. Issu de bonne famille, Tom Hiddleston commence ses études à Oxford, au sein de la Dragon School puis intègre l'Eton College, près de Windsor. Féru de théâtre, il rejoint les ateliers d'art dramatique des différents établissements qu'il côtoie jusqu'à intégrer la prestigieuse Royal Academy of Dramatic Art dont il ressort diplômé en 2005. Aussitôt, le jeune homme déterminé décroche un petit rôle dans Unrelated, film indépendant signé Joanna Hogg, réalisatrice qu'il retrouve en 2010 pour Archipelago.

Après quelques apparitions dans des téléfilms, Tom se fait découvrir aux yeux des Britanniques en 2008 avec la série policière Les Enquêtes de l'inspecteur Wallander, où il fait la connaissance de Kenneth Branagh, lequel ne tarde pas à lui ouvrir les portes d'Hollywood en lui faisant une proposition alléchante : incarner, sous sa direction, le demi-frère et ennemi juré du super héros Thor, un personnage qu'il retrouve lorsqu'il s'oppose aux Avengers, mais aussi dans Thor: Le monde des ténèbres (2013) et Ragnarok (2017).

Ces deux (très) grosses productions super-héroïques ne l'empêchent toutefois pas de s'illustrer dans des genres complètement différents, toujours sous la houlette de prestigieux metteurs en scène. Ainsi, Tom Hiddleston prête ses traits au célèbre écrivain américain F. Scott Fitzgerald dans Minuit à Paris de Woody Allen (2011), prend part à l'aventure Cheval de guerre (id.) de Steven Spielberg, puis vit une passion amoureuse des plus intenses avec Rachel Weisz (The Deep Blue Sea, 2012) et Tilda Swinton (Only Lovers Left Alive, 2013).

Parallèlement aux films Marvel, Tom Hiddleston rejoint la distribution du film horrifique de Guillermo del Toro Crimson Peak (2015), se glisse dans la peau du chanteur country Hank Williams (I Saw the Light, 2016), porte le casting de l'étrange High-Rise (id.) et fait partie du groupe d'explorateurs de Kong: Skull Island (2017). Parallèlement, l'acteur goûte aux joies du petit écran via la série d'espionnage The Night Manager. Il reprend aussi son personnage de Loki dans Avengers: Infinity War, Endgame, Loki et What If....

En 2025, Tom porte The Life Of Chuck, adapté du roman court La Vie de Chuck de Stephen King, lequel raconte le destin d'un comptable à travers trois moments importants de sa vie.